Variacions orbitales
Les variacions orbitales o cicles de Milanković descriuen els efectes conjunts que els canvis en els moviments de la Terra provoquen en el clima a lo llarc de mils d'anys. El terme va ser falcat despuix dels estudis realisats per l'astrònom i geofísico serbi Milutin Milanković. En la década de 1920, teorizó que les variacions resultants provocaven canvis cíclicos en la radiació solar que aplega a la superfície terrestre i que això influïa considerablement en els patrons dels canvis climàtics sobre la Terra.
Algunes teories astronòmiques similars havien segut anticipades durant el XIX per Joseph Adhemar, James Croll i uns atres, pero la seua verificació era complexa per l'absència de senyes fòssils rellevants i perque tampoc estava clar quins periodos varen ser importants en el passat per a comprovar-ho.
En l'actualitat, els materials geològics sobre la superfície de la Terra que no han canviat durant mils d'anys estan sent estudiats pels especialistes per a averiguar els canvis en la climatologia terrestre. Pese a que molts d'ells són consistents en l'hipòtesis de les teories de Milankovitch, hi ha un conjunt dels mateixos que les hipòtesis predibles no són capaces d'explicar.
Moviments de la Terra
[editar | editar còdic]La rotació de la Terra al voltant del seu propi eix i el seu translació al voltant del Sol són pertorbats a lo llarc del temps per atres cossos astronòmics presents en el sistema solar. Dites variacions són d'una gran complexitat, pero uns pocs cicles concrets dominen sobre uns atres.[2]
L'òrbita terrestre varia des d'un model casi circular a un atre casi elíptic, de manera que la seua excentricitat canvia. Quan l'òrbita és més elongada, hi ha més distància entre la Terra i el Sol i el conjunt global de la radiació solar canvia en diferents moments de l'any. Ademés, l'inclinament de la Terra (la seua oblicuidad) varia llaugerament. Un gran inclinament provoca estacions més extremes a nivell climàtic. Finalment, la direcció a la que apunta l'eix de rotació terrestre també canvia en el temps (la denominada Precesión dels equinoccios) mentres la òrbita elíptica al voltant del Sol gira a lo llarc de temps. L'efecte combinat d'abdós dona lloc a que la major o menor proximitat al Sol varie durant les diferents estacions a lo llarc del temps.
Milanković va estudiar els canvis en dits moviments de la Terra, els quals provoquen alteracions en la cantitat de radiació solar que aplega a la seua superfície. Este fenomen és conegut com forzamiento radiativo. Milanković va fer un émfasis especial en els canvis experimentats sobre els 65º de latitut nort per la gran cantitat de superfície terrestre emergida a eixa latitut. Grans masses de terra continental canvien la temperatura més ràpidament que en els oceans, degut a que en les grans masses d'aigua l'intercanvi entre la superfície i les grans profunditats líquides retarden el calfament o refredat de la superfície, al marge de que la superfície terrestre té menys capacitat de calfament volumètric que els oceans.
Forma orbital (excentricitat)
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Excentricitat orbital.
Plantilla:Double image L'òrbita de translació de la Terra s'aproxima pràcticament a una elipse. La excentricitat orbital medix la diferència de dita elipse respecte a un círcul perfecte. El tipo d'òrbita de la Terra varia entre una forma casi circular (en la seua menor excentricitat de 0,000055) i una atra mig elíptica (excentricitat més alta de 0,0679)[3] La seua excentricitat mija principal és de 0,0019. El principal canvi de dites variacions ocorre en un periodo d'aproximadament 413 000 anys (en una variació de l'excentricitat de ±0,012). Atres canvis es produïxen en una seqüència de cicles de 95 000 i 125 000 anys (en un ritme cíclico de 400 000). Dits moviments es combinen entre sí en variacions de −0,03 a +0,02. L'excentricitat actual és de 0,017 i està decreixent.
L'excentricitat varia fonamentalment per l'espente gravitacional de Júpiter i Saturn. No obstant, el semieje major de l'òrbita de la elipse permaneix inalterado, encara que d'acort en la teoria astronòmica del destorbament que registra l'evolució de la mateixa, dit eix és una invariante adiabàtica. El periodo orbital (la llongitut de l'any sideral) tampoc ha canviat, degut a que, segons la tercera Llei del moviment planetari de Kepler, esta es troba determinada pel semieje orbital major.
Efectes sobre la temperatura
[editar | editar còdic]La llongitut del semieje major és una constant. Per lo tant, quan l'òrbita de la Terra aplega a ser més excèntrica, el semieje menor s'acurta. Açò provoca l'aument de la magnitut dels canvis estacionals.[4]
El relatiu aument de la radiació solar en la seua aproximació més propenca al Sol (perihelio) comparat en l'irradiació a la major distància de la Terra respecte al Sol (afelio) és llaugerament major en quatre voltes l'excentricitat total. Per a l'excentricitat actual de la Terra, la radiació solar entrante varia entorn al 6,8%, mentres que la distància entre el Sol i la Terra és tan sol del 3,4% (5,1 millons de km). Actualment, el perihelio coincidix aproximadament en el 3 de giner, mentres que el afelio succeïx entorn al 4 de juliol. Quan l'òrbita està en el seu punt més excèntric, la cantitat de radiació solar en el perihelio pot aplegar a ser un 23% major que en el afelio. Per lo tant, l'excentricitat terrestre és sempre tan menuda que la variació en la cantitat de radiació solar és un factor menor en la variació dels canvis estacionals comparada en l'inclinament axial de l'eix i inclús en el calfament que es produïx sobre les grans masses continentals de l'hemisferi nort.
Efecte en la duració de les estacions
[editar | editar còdic]| Any | Hemisferi nort | Hemisferi sur | Data i hora (GMT) |
Duració de la estació |
|---|---|---|---|---|
| 2005 | Solstici d'hivern | Solstici d'estiu | 21 de decembre de 2005 18:35 | 88,99 dies |
| 2006 | Equinoccio de primavera | Equinoccio d'autumne | 20 de març de 2006 18:26 | 92,75 dies |
| 2006 | Solstici d'estiu | Solstici d'hivern | 21 de juny de 2006 12:26 | 93,65 dies |
| 2006 | Equinoccio d'autumne | Equinoccio de primavera | 23 de setembre de 2006 4:03 | 89,85 dies |
| 2006 | Solstici d'hivern | Solstici d'estiu | 22 de decembre de 2006 0:22 | 88,99 dies |
| 2007 | Equinoccio de primavera | Equinoccio d'autumne | 21 de març de 2007 0:07 | 92,75 dies |
| 2007 | Solstici d'estiu | Solstici d'hivern | 21 de juny de 2007 18:06 | 93,66 dies |
| 2007 | Equinoccio d'autumne | Equinoccio de primavera | 23 de setembre de 2007 9:51 | 89,85 dies |
| 2007 | Solstici d'hivern | Solstici d'estiu | 22 de decembre de 2007 06:08 |
Les estacions són quadrants de l'òrbita terrestre separats pels dos solsticis i els dos equinoccios. La segona Llei del moviment planetari de Kepler determina que un cos en òrbita traça àrees d'igual tamany en temps idèntics; encara que la seua velocitat orbital és major durant el perihelio que durant el afelio, quan esta disminuïx per efecte d'una menor gravetat. La Terra passa menys cantitat de temps prop del perihelio i més temps prop del afelio. Açò es traduïx que la llongitut de les estacions varia.
El perihelio té lloc aproximadament el 3 de giner, de tal manera que la major velocitat de la Terra acurta l'hivern i l'autumne en l'hemisferi nort. L'estiu de l'hemisferi nort és 4,66 dies major que l'hivern i la primavera 2,9 dies més llarga que l'autumne.
La major excentricitat aumenta la variació de la velocitat orbital de la Terra. Per lo tant, l'òrbita terrestre està convertint-se en menys excèntrica (més propenca a la forma circular). Açò provoca a la llarga que les estacions siguen més similars en duració.
Inclinament axial (oblicuidad)
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Inclinament axial.
L'àngul de l'inclinament de l'eix axial de la Terra respecte al pla orbital (la oblicuidad de la eclíptica) varia de 22,1° a 24,5° en un cicle aproximat de 41 000 anys. L'inclinament actual és de 23,44°, aproximadament un terme mig entre els dos valors extrems. L'inclinament va alcançar el seu màxim l'any 8.700 A.C. Actualment, es troba en fase decreixent del seu cicle i alcançarà el seu mínim l'any 11.800 de nostra era actual.
L'inclinament més alt incrementa l'amplitut del cicle estacional en la seua cantitat de insolación, proveint més quantia de radiació solar en cada hemisferi durant l'estiu i menys durant l'hivern. Per lo tant, estos efectes no són uniformes en la superfície terrestre. Majors inclinaments de l'eix aumenten la radiació solar total a altes latitut i disminuïxen les mateixes quant més pròximes es troben a l'Equador.
La tendència actual a la disminució per sí mateixa de l'inclinament dona lloc a estacions menys extremes en hiverns més càlits i estius més frets aixina com una tendència al refredat general. Degut a que la major part de la neu i el gèl del planeta es troben en latitut altes sobre superfície terrestre emergida, l'inclinament decreixent podria provocar l'inici d'una edat de gèl per dos raons: hi ha menys insolación total en estiu i també menys insolación en latitut més altes, que derretiría menys la neu i el gèl de l'hivern anterior.
Precesión axial
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Precesión axial.
La precesión axial o precesión equinoccial és la tendència al canvi de la direcció de l'eix de rotació de la Terra sobre les estreles fixes en un gir en un periodo de 25 771,5 anys. Este moviment significa que durant un temps la Polar ya no serà la estrela polar de l'hemisferi nort. Este moviment està causat per les forces de marea eixercides pel Sol i la Lluna sobre la Terra i abdós contribuïxen aproximadament per igual a la generació d'este efecte.
Actualment, el perihelio té lloc durant l'estiu de l'hemisferi sur. Açò significa que la radiació solar deguda a (A) l'inclinament axial apuntant l'hemisferi sur cap al Sol i (B) la proximitat de la Terra al Sol, alcancen abdós el seu màxim durant l'estiu i apleguen a un mínim durant l'hivern. Els seus efectes sobre el calfament són aditius, lo que significa que la variació estacional en l'irradiació de l'hemisferi sur és més extrema. En l'hemisferi nort, estos dos factors alcancen el seu màxim en époques opostes de l'any: el nort està inclinat cap al Sol quan la Terra està més alluntada d'este. Les dos forces treballen en direccions opostes, lo que resulta en una variació menys extrema.
En uns 13 000 anys, el pol nort s'inclinarà cap al Sol quan la Terra estiga en el perihelio. L'inclinament axial i l'excentricitat orbital contribuiran al seu aument màxim de radiació solar durant l'estiu de l'hemisferi nort. La precesión axial promourà una variació més extrema en l'irradiació de l'hemisferi nort i una variació menys extrema en el sur.
Quan l'eix de la Terra està alineat de manera tal que el afelio i el perihelio ocórreguen prop dels equinoccios, l'inclinament axial no estarà alineada en o contra l'excentricitat.
Precesión apsidal
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Precesión apsidal.
Ademés, la elipse orbital en sí mateixa precedix en l'espai, de manera irregular, completant un cicle cada 112 000 anys en relació en les estreles fixes.[6] La precesión apsidal ocorre en el pla de la eclíptica i altera l'orientació de l'òrbita de la Terra en relació en la eclíptica. Açò succeïx principalment com a resultat de les interaccions en Júpiter i Saturn. Menudes alteracions són també causades pel achatamiento del sol i pels efectes de la relativitat general que són ben coneguts gràcies al planeta Mercurio.
La precesión apsidal es combina en el cicle de 25 771,5 anys de precesión axial (vore dalt) per a variar la posició durant l'any en que la Terra alcança el perihelio. La precesión apsidal acurta este periodo a 23 000 anys de promig (variant entre 20 800 i 29 000 anys).[6]
A mida que canvia l'orientació de l'òrbita de la Terra, cada estació començarà més pronte gradualment cada any. La precesión significa que el moviment no uniforme de la Terra afectarà a les diferents estacions de l'any. L'hivern, per eixemple, estarà en una secció diferent de l'òrbita. Quan els ápsides de la Terra estiguen alineats en els equinoccios, la llongitut de la primavera i l'estiu combinats serà igual a la de l'autumne i l'hivern. Quan estan alineats en els solsticis, la diferència en la duració d'estes estacions serà major.
Inclinament orbital
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Inclinament orbital.
L'inclinament de l'òrbita de la Terra es desplaça cap a dalt i cap a avall en relació en la seua òrbita actual. Este moviment tridimensional es coneix com "precesión de la eclíptica" o "precesión planetària". L'inclinament actual de la Terra és d'1,57°.
Milankovitch no va estudiar la precesión apsidal. Va ser descoberta més recentment i es calcula que té un periodo de 70 000 anys en relació en l'òrbita de la Terra.
No obstant, quan es medix independentment de l'òrbita de la Terra, pero relativa al pla invariable (el pla que representa el moment angular del sistema solar, aproximadament el pla orbital de Júpiter), la precesión té un periodo d'aproximadament 100 000 anys. Este periodo és molt similar al periodo d'excentricitat de 100.000 anys. Abdós periodos coincidixen estretament en el patró de cicles de glaciacions cada 100 000 anys.[7]
Problemes
[editar | editar còdic]
Mostres preses en els sediment de la Terra han segut estudiades sistemàticament per a inferir els cicles climàtics del passat. Un estudi de la cronologia dels núcleus de gèl antàrtic usant relaciones oxigen-nitrogen en bombetes atrapades en el gèl, que semblen respondre directament a la insolación local, va concloure que la resposta climàtica documentada en els núcleus de gèl va ser induïda per la insolación de l'hemisferi nort tal com es va propondre per l'hipòtesis de Milankovitch.[8] Anàlisis dels depòsits sedimentarios en grans profunditats de l'oceà realisats per Hays, Imbrie, i Shackleton[9] han proporcionant una validea adicional a les teories de Milankovitch gràcies a l'obtenció de mostres físiques concretes.
Estos estudis encaixen tan be en els periodos orbitales que respalen la teories de Milankovitch de que les variacions en l'òrbita de la Terra influïxen en el clima. No obstant, el patró no és perfecte i els problemes seguixen sense reconciliar el conjunt de totes les teories en les observacions.
El problema dels 100 000 anys
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Problema dels 100 000 anys.
De tots els cicles orbitales, Milankovitch creïa que la oblicuidad tenia el major efecte sobre el clima, i que ho feya variant la insolación de l'estiu en les altes latitut del nort. Per lo tant, va deduir un periodo de 41 000 anys per a les grans glaciacions.[10][11] No obstant, investigacions posteriors[12][13][14] han demostrat que els cicles de l'edat del gèl de la glaciació cuaternaria durant l'últim milló d'anys estan en consonancia con un periodo de 100 000 anys, que coincidix molt millor en el cicle d'excentricitat.
Han segut propostes vàries explicacions per a esta discrepància, incloent la modulació de la freqüència[15] o a vàries reaccions (des del diòxit de carbono, als rajos còsmics, o a partir de la dinàmica de la capa de gèl).
Alguns models poden reproduir els cicles de 100 000 anys com a resultat d'interaccions no llineals entre menuts canvis en l'òrbita de la Terra i les oscilacions internes del sistema climàtic.[16][17]
Jung-Eun Lee, professor en la Brown University, propon que la precesión canvia la cantitat d'energia que absorbix la Terra, perque la major capacitat de l'hemisferi sur per a produir gèl marí reflectix cap a l'espai més energia procedent de la Terra. Ademés, Lee sosté que: "La precesión només té importància quan l'excentricitat és gran. Per eixe motiu veem un ritme més intens de 100 000 anys que un ritme de 21 000".Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut[18]
Alguns han argumentat que la llongitut del registre climàtic és insuficient per a establir una relació estadísticament significativa entre el clima i les variacions d'excentricitat.[19]
El problema de la Transició
[editar | editar còdic]
De fet, des d'un periodo comprés entre 1 i 3 millons d'anys arrere, els cicles climàtics coincidien en el cicle de 41 000 anys en relació en la oblicuidad. No obstant, fa 1 milló d'anys es va produir un canvi de cicles a 100 000 per l'efecte de l'excentricitat. És lo que es denomina la transició del pleistoceno mig o MPT. Encara que recentment es va descobrir que el cicle de 41.000 no desapareixia i apareixia el de 100.000, sino que el de 41.000 seguia succeint pero estava eclipasado pel de 100.000 i per això en el registre geològic només apareix el de 100.000.[20]
Problema clau no resolt
[editar | editar còdic]Inclús els registres climàtics ben datats de l'últim milló d'anys no coincidixen exactament en la forma de la curva d'excentricitat. L'excentricitat té cicles de 95 000 i 125 000 anys. No obstant, alguns investigadors diuen que els registres no mostren estos picos, ya que solament apareixen realment els cicles de 100 000 anys.[21]
Problema de la 5.ª etapa
[editar | editar còdic]Les mostres de núcleus d'isòtops preses en aigües profundes mostren que l'interval interglacial conegut com a isòtop marí d'estadi 5.º va començar fa 130 000 anys, o siga, 10 000 anys abans de l'impuls solar que prediu l'hipòtesis de Milankovitch. (Açò també es coneix com el "problema de causalitat" perque l'efecte precedix a la causa putativa).
L'efecte excedix la causa
[editar | editar còdic]
Els registres mostren que la variació en el clima de la Terra és molt més extrema que la variació en l'intensitat de la radiació solar calculada a mida que l'òrbita de la Terra evoluciona. Si el canvi orbital causa el canvi climàtic, la ciència necessita explicar per qué l'efecte observat s'amplifica en comparació a l'efecte teòric.
Alguns sistemes climàtics teorizan un amplificament (feedback positiu) i respostes de amortiguación (feedback negatiu). Un eixemple d'amplificament seria si en les masses de terra al voltant de 65° de latitut nort cobertes de gèl durant tot l'any, l'energia solar terminaria per reflectir-se en la seua major part cap a l'espai. Dita amplificament significaria que una edat de gèl induïx canvis terrestres que impedixen que el canvi orbital termine per sí mateixa dita etapa de forma natural.
La inclinament orbital actual de la Terra és d'1,57° (vore dalt). La Terra es mou actualment a través del pla invariable al voltant del 9 de giner i del 9 de juliol. En dits instants concrets hi ha un aument en el número de meteorits i de les núvols noctilucentes. Si açò es deu a que hi ha un disc de pols i rebujos en el pla invariable, quan l'inclinament orbital de la Terra estiga prop de 0° i orbite a través d'esta pols, els materials podrien acumular-se en l'atmòsfera. Este procés podria explicar la estrechez del cicle climàtic de 100 000 anys.[22][23]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Variation in the Equation of Clave».
- ↑ (2005).«A Computational Study on the Evolution of the Dynamics of the Obliquity of the Earth».Miami University.Consultat el 2 de decembre de 2017.
- ↑ Laskar, J. “La2010: A New Orbital Solution for the Long-term Motion of the Earth.” (PDF). Astronomy & Astrophysics 532 (A889): A89. doi:. Bibcode: 2011A&A...532A..89L.
- ↑ “Equatorial insolation: from precession harmonics to eccentricity frequencies” (PDF) (2006). Clim. Past Discuss. 2 (4): 519–533. doi:.
- ↑ Data from United States Naval Observatory [1] archivat en Wayback Machine.
- ↑ 6,0 6,1 “On the Precession as a Cause of Pleistocene Variations of the Atlantic Ocean Water Temperatures” . Geophysical Journal International 11: 323–336.
- ↑ Muller RA, MacDonald GJ (1997). “Spectrum of 100-kyr glacial cycle: orbital inclination, not eccentricity.”. Proc Natl Acad Sci O S A 94 (16): 8329–34. doi:. PMID 11607741. PMC:33747.
- ↑ Kawamura et al., Nature, 23 August 2007, vol 448, pp 912–917
- ↑ “Variations in the Earth's Orbit: Pacemaker of the Isse Ages” (1976). Science 194 (4270): 1121–1132. doi:. PMID 17790893.
- ↑ Milankovitch, Milutin (1998). Cànon of Insolation and the Isse Age Problem, Belgrade: Zavod za Udz̆benike i Nastavna Sredstva. ISBN 86-17-06619-9.; vore també «Astronomical Theory of Climate Change».
- ↑ Imbrie and Imbrie; Isse Ages, solving the mystery, p 158
- ↑ Imbrie, Hays, Shackleton Science 1976
- ↑ “An alternative astronomical calibration of the lower Pleistocene timescale based on ODP Site 677” . Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences 81 (04): 251–261. doi:.
- ↑ Insolation-driven 100,000-year glacial cycles and hysteresis of isse-sheet volume Ayako Abe-Ouchi et al Nature 500 2013
- ↑ «Earth's orbital Eccentricity and the rhythm of the Pleistocene isse ages: the concealed pacemaker».Global and Planetary Change.41(2)
- 81–93.doi:10.1016/j.gloplacha.2003.10.003.Consultat el 2 de decembre de 2017.
- ↑ Ghil, Michael (1994). “Cryothermodynamics: the chaotic dynamics of paleoclimate”. Physica D 77 (1–3): 130–159. doi:. Bibcode: 1994PhyD...77..130G.
- ↑ “Siga isse as the glacial cycles' climate switch: Role of seasonal and orbital forcing” (2000). Paleoceanography 15 (6): 605–615. doi:. Bibcode: 2000PalOc..15..605G.
- ↑ “Hemispheric siga isse distribution sets the glacial tempo” . Geophys. Res. Lett. 44: 2016GL071307. doi:.
- ↑ Wunsch, Carl (2004). “Quantitative estimate of the Milankovitch-forced contribution to observed Quaternary climate change”. Quaternary Science Reviews 23 (9–10): 1001–12. doi:. Bibcode: 2004QSRv...23.1001W.
- ↑ “Climate response to orbital forcing across the Oligocene-Miocene boundary” . Science 292 (5515): 27–48. doi:. PMID 11303100. Bibcode: 2001Sci...292..274Z.
- ↑ «Nonlinear coupling between 100 ka periodicity of the paleoclimate records in loess and periodicities of precession and semi-precession». ProQuest.
- ↑ Richard A Muller, Gordon J. F. MacDonald (1997). “Glacial Cycles and Astronomical Forcing”. Science 277 (5323): 215–8. doi:. Bibcode: 1997Sci...277..215M.
- ↑ «Origin of the 100 kyr Glacial Cycle: eccentricity or orbital inclination?». Richard A Muller.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Variaciones orbitales» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.